針對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)葉片工作過程中產(chǎn)生裂紋、斷裂等疲勞損傷問題,結(jié)合風(fēng)資源數(shù)據(jù)和風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù),將不同風(fēng)切變函數(shù)的自然風(fēng)來流條件編譯成UDF函數(shù)對(duì)Fluent軟件進(jìn)行二次開發(fā),分析兩種翼型（NACA4415翼型和S翼型）風(fēng)力機(jī)葉片的應(yīng)力分布規(guī)律。結(jié)果顯示:切變來流風(fēng)速不同時(shí),在氣動(dòng)力、離心力和重力耦合作用下,兩種葉片從垂直向上方位按照順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至30°位置時(shí)應(yīng)力值最大,且葉片最大弦長截面靠近無因次弦長位置x/C=0.4應(yīng)力值最大,NACA4415翼型葉片氣動(dòng)中心線（x/C=0.25）處應(yīng)力沿翼展方向先增大（r/R=0.49最大）后減小,而S翼型葉片沿氣動(dòng)中心線逐漸減小;在相同切變來流風(fēng)速下,S型葉片的截面尺寸相對(duì)較大,氣動(dòng)力、離心力和重力均大于NACA4415型葉片,其應(yīng)力值也較大;關(guān)鍵位置氣動(dòng)中心線處的應(yīng)力值較葉片前緣、后緣以及葉背最高處位置的應(yīng)力都大。仿真結(jié)果對(duì)于風(fēng)力機(jī)翼型的選擇及優(yōu)化具有重要的參考價(jià)值。 

【文章來源】：工程熱物理學(xué)報(bào). 2019,40(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

水平軸風(fēng)力機(jī)模型

額定尖速比Ａ??５??額定尖速比Ａ??５．５??風(fēng)輪直徑ｄ／ｍ??１．４??風(fēng)輪直徑ｄ／ｍ??１．４??塔架高度ｈ／ｍ??１．７??塔架高度／ｉ．／ｍ??１．７??為了實(shí)現(xiàn)模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的對(duì)比，??以保證模擬計(jì)算結(jié)果的可靠性，本文參照內(nèi)蒙古工??業(yè)大學(xué)Ｂ１／Ｋ１低速風(fēng)速開口段實(shí)際尺寸，設(shè)定長??方體計(jì)算域的高度為２．５ｄ，寬度為３．６４ｄ；風(fēng)力機(jī)位??于計(jì)算域中心，距進(jìn)流面２ｄ距離；計(jì)算域出流面??距離風(fēng)力機(jī)ＨＷ。構(gòu)建與實(shí)際風(fēng)輪１：１的物理模型，??劃分計(jì)算域網(wǎng)格如圖２所示。計(jì)算網(wǎng)格劃分采用非??結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格，檢查網(wǎng)格質(zhì)量以及驗(yàn)證網(wǎng)格無??關(guān)性。??圖２計(jì)算網(wǎng)格??Ｆｉｇ．?２?Ｍｅｓｈ??定義風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸中心的幾何中心為坐標(biāo)原點(diǎn)〇，??從０點(diǎn)順著來流平行地面的方向?yàn)椋S的正方??

２５７６??工程熱物理學(xué)報(bào)??４０卷??向，與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸重合，Ｚ軸垂直向上。模型出??口設(shè)置為自由流，計(jì)算域側(cè)壁面和頂面采取對(duì)稱邊??界；地面、葉片表面、塔架、機(jī)頭均采取無滑移壁面??邊界。??１．２邊界條件??選用指數(shù)函數(shù)來描述風(fēng)切變來流變化，通過內(nèi)??蒙古某風(fēng)電場風(fēng)資源數(shù)據(jù)，選用不同高度年平均風(fēng)??速擬合切變來流風(fēng)廓線如圖３所示，設(shè)定來流風(fēng)速??Ｕ－Ｕｉ?（ｚ）?＝?Ｕ?（ｚ）?＝?Ｕｒｅ｛（——??＼??式中，為高度為＾處的風(fēng)速，ｍ／ｓ；?ｚ為變化??后的風(fēng)速所在局度，ｍ；?Ｚｒｅｆ為塔架尚度，Ｚｒｅｆ＝１．７??ｍ；?Ｕｒｅｆ為Ｚｒｅｆ處的已知風(fēng)速，Ｊ／ｒｅｆ＝６?ｍ／ｓ；?ａ為風(fēng)??剪系數(shù)，ａ＝０．１９９４２。??考慮其中ＮＡＣＡ４４１５風(fēng)力機(jī)的額定風(fēng)速為８??ｍ／ｓ，因此設(shè)定對(duì)比切變函數(shù)中Ｋｅｆ＝８?ｍ／ｓ，其表??達(dá)式為：??［ｚ）?＝?Ｖ?（ｚ）?＝?Ｖｒｅｆ??式中，為高度為２處的風(fēng)速，ｍ／ｓ。??（２）??圖３不同切變函數(shù)來流速度風(fēng)廓線示意圖??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｉｎｆｌｏｗ?ｗｉｎｄ?ｓｐｅｅｄ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｗｉｎｄ?ｓｈｅａｒ??風(fēng)力機(jī)葉片在切變來流工況下，其旋轉(zhuǎn)面最低??端與最高端之間擁有不同風(fēng)速風(fēng)剖面，并且風(fēng)速??隨著垂直來流風(fēng)向高度的增加而增大，由定義的??切變函數(shù)公式計(jì)算可得風(fēng)場數(shù)據(jù)擬合函數(shù)及對(duì)比切??變函數(shù)的風(fēng)速差值分別為ｉ？ｕ＝０．８９?ｍ／ｓ和丑ｖ＝??１．３８?ｍ／ｓ。??采用編譯ＵＤＦ函數(shù)模擬自然風(fēng)來流條件，將??流場當(dāng)中的葉片壓力分布施加于結(jié)構(gòu)場風(fēng)力機(jī)葉片，??進(jìn)而基于流固耦合方法得到葉片應(yīng)力變化規(guī)律。如??圖４

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]風(fēng)力機(jī)葉片葉根應(yīng)力集中區(qū)應(yīng)力狀態(tài)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 白葉飛,汪建文,趙元星,高志鷹,韓玉霞,杜鵬程.  太陽能學(xué)報(bào). 2017(12)
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[3]基于遙測技術(shù)的風(fēng)力機(jī)葉片動(dòng)態(tài)應(yīng)變特征實(shí)驗(yàn)研究[J]. 白葉飛,汪建文,趙元星,賀玲麗,侯亞麗.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2014(04)
[4]小翼對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片表面壓力分布的影響[J]. 汪建文,賈瑞博,吳克啟,王軍.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2006(05)



本文編號(hào)：3480136